一种采用原位生长法制备反射阻隔复合填料的方法及其产品和应用

本发明属于反射阻隔复合填料，尤其涉及一种采用原位生长法制备反射阻隔复合填料的方法及其产品和应用。

背景技术：

1、伴随着工业化进程的不断推进，人们生活水平日益提高的同时，能源消耗也愈加严重。节能已经成为世界各国的战略目标，各界已达成节能减排的共识。从建筑建设至使用的全过程所有消耗的能源统称为建筑能耗。近年来，与工业、交通、汽车等其他行业相比，建筑能耗是需求增长最快，也是温室气体排放量增长最快的行业之一。当前建筑能耗大约占据全球能源损耗的30％，其中商业类建筑能耗占据建筑总耗能的55％左右。在2019年，建筑运行能耗占据全国能源消费总量的21.2％，建筑运行阶段碳排放占全国碳排放的21.6％。其中，制冷能耗占比最高，达60％。如果继续当前的能量使用情况，在2100年，全球地表温度将上升1.1-6.4℃，而地表温度提升2℃，将会对人类生存造成不可逆的损伤，极大破坏当前的自然环境。伴随着我国城市化进程的不断推进，国内建筑能耗势必继续增长。面对当前严峻的节能减排形势，降低建筑能耗势在必行。

2、当前主动控温主要通过空调系统实现，所以降低空调使用率是一种直接有效的节能方法。从建筑物温度升高的角度出发，影响建筑物升温的因素众多，其中太阳光是最重要的因素。保温隔热涂料通过降低建筑对太阳光的吸收，从而节约能源。当前的保温隔热涂料从隔热机理的角度可以分为四类：反射隔热涂料、阻隔隔热涂料、辐射隔热涂料、复合涂料。隔热涂料的基底通常为丙烯酸树脂或者聚氨酯等耐紫外线老化的材料，然后将功能性填料掺杂入隔热涂料中，增强涂料的特定性能。与隔热涂料类似，功能性填料根据作用机理同样分为四类：反射隔热填料、阻隔隔热填料、辐射隔热填料、复合填料。

3、在光照强烈的地区，光反射涂料通过减少建筑物对于太阳光的吸收，可有效降低控温能耗，达到节能目的。伴随反射隔热涂料的热度不断提升，各种反射填料逐渐受到更多关注，其中tio2、氧化锌等半导体材料由于具备优良的光反射性能，经常被用作增反射颜填料，但是由于其自身纳米或微米级的尺寸易发生团聚效应，达不到理想的使用效果。而空心玻璃微珠由于其易分散，导热系数低的特点，也经常被应用在隔热涂料中来降低涂料的导热系数，但是空心玻璃微珠光反射性能差。

技术实现思路

1、针对上述现有技术中存在的问题，本发明提出了一种采用原位生长法制备反射阻隔复合填料的方法及其产品和应用。本发明立足于空心玻璃微珠的光反射率，通过tio2包覆空心玻璃微珠，得到高反射低导热的反射阻隔复合填料。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种采用原位生长法制备反射阻隔复合填料的方法，以空心玻璃微珠为基体，采用原位生长法在生长液的作用下在基体表面包覆一层种子层，即得到反射阻隔复合填料；其中，所述种子层为二氧化钛或氧化锌。

4、技术方案一：一种采用原位生长法制备反射阻隔复合填料的方法，包括以下步骤：

5、(1)将钛酸四丁酯加入乙二醇甲醚溶液中，然后将空心玻璃微珠浸没其中，抽滤、洗涤、干燥，得到表面处理过的空心玻璃微珠；将表面处理过的空心玻璃微珠进行煅烧处理；

6、(2)将钛酸四丁酯加入浓硫酸/无水乙醇的混合溶液中，搅拌至透明，然后加入煅烧处理后的空心玻璃微珠，继续搅拌，密封并进行水热反应，冷却、抽滤、洗涤、干燥，得到反射阻隔复合填料，记为hgb/tio2。

7、本发明中的“/”是指“和”。

8、优选的，所述浸没时间为10min；所述煅烧是在550℃下煅烧3h。

9、优选的，所述钛酸四丁酯在乙二醇甲醚溶液中的浓度为1mol/l。

10、优选的，所述浓硫酸和无水乙醇的体积比为1-1.5∶1-1.5。更优选为1∶1.5。

11、优选的，所述钛酸四丁酯在浓硫酸/无水乙醇的混合溶液中的浓度为0.01-0.1mol/l。更优选为0.08mol/l。

12、优选的，所述水热反应是在100-180℃下反应4h。更优选为在150℃下反应4h。

13、优选的，所述空心玻璃微珠是由硅酸盐外壳与内部空气构成的中空球体，粒径为10-200μm，壁厚为1-2μm，主要成分为硼硅酸盐。中空结构赋予空心玻璃微珠优异的隔热能力，硼硅酸盐外壁使其具备良好的抗压能力，微小的自身结构使其容易分散。以上特质使空心玻璃微珠在节能、能源储存和能源生产方面均被大量应用。

14、本发明还提供一种利用上述方法制备得到的反射阻隔复合填料。

15、本发明还提供一种所述的反射阻隔复合填料在隔热涂料中的应用。

16、技术方案二：一种反射阻隔复合填料，即以氧化锌作为包覆材料。具体的：

17、一种hgb/zno，以空心玻璃微珠为基体，在其外表面包覆一层zno晶体，具体制备过程需要表面刻蚀、种子层黏附、晶体生长三个阶段，即得到hgb/zno。具体制备方法包括如下步骤：

18、s1、将空心玻璃微珠放入氢氧化钠溶液中搅拌，搅拌结束后抽滤，洗涤，烘干，得到表面刻蚀的空心玻璃微珠；

19、s2、将表面刻蚀的空心玻璃微珠浸入混合溶液中搅拌，静置，抽滤并干燥，煅烧，得到表面粘附zno种子层的空心玻璃微珠；所述混合溶液的配方为：0.5mol/lzn(cooh)2·2h2o和含有0.5mol/l c2h7no的c4h10o2；

20、s3、将表面粘附zno种子层的空心玻璃微珠浸入氧化锌晶体生长液中，搅拌，密封条件下进行加热反应，静置，过滤，洗涤，干燥，即得到hgb/zno。

21、优选的，所述加热反应是在90-95℃下反应4-6h，更优选为在95℃下反应6h；转速为20r/min；所述静置时间为24h。

22、优选的，所述zno晶体生长液组分为：0.05mol/lzn(no3)2·6h2o和0.05mol/lc6h12n4水溶液的混合液。

23、空心玻璃微珠(hgb)是一款性能优异的热阻隔材料，具备高热阻、易分散的优点，可被用来作为隔热填充材料。氧化锌与二氧化钛由于光反射效果优异，可作为增反射填料，但是由于自身特殊的微观结构，容易产生团簇现象。因此本发明将空心玻璃微珠外层包裹二氧化钛或氧化锌，不仅可以解决晶体的团簇现象，还可以提升空心玻璃微珠的光反射效果。

24、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

25、本发明通过溶胶凝胶法与原位生长法将tio2、zno晶体均匀包覆在空心玻璃微珠表面，结合扫描电镜、紫外可见近红外光谱仪、导热系数测量仪等仪器分析，探索出制备复合材料的最佳反应条件。研究结果如下：

26、(1)原位生长法制备hgb/zno。反应条件：反应温度95℃、反应时间6h、反应浓度0.05mol/lzn(no3)2·6h2o与0.05mol/l c6h12n4，结果晶体负载率为41.5％，经测试hgb/zno复合材料太阳光谱反射率高达90.46％。

27、(2)原位生长法制备hgb/tio2。反应条件：均相反应器转速20r/min、反应温度150℃、反应时间4h、反应溶剂为乙醇与浓硫酸体积比1.5∶1、反应溶质为浓度0.08mol/l的钛酸四丁酯，结果复合材料tio2晶体负载率为49.52％，太阳光谱反射率达到89.6％。